(57)【要約】【課題】スプラインクラッチは大トルク容量の変速機の好適であるが、スプラインの隙間が小さいので同期締結の際、位相をぴったり合わさないと嵌合しにくい。【解決手段】そこで嵌合案内歯付きのスプラインクラッチを用いて、部品点数やコストを抑え、磨耗部品がなくメンテナンスの手間を増やさずに、高速締結できるようにする。耐久性を損なわないように中間軸の速度を制御できる方式と組み合わせることで、高速に動作して信頼性の高い変速機を提供する。【選択図】図６
2010255703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力軸と、少なくとも１つの中間軸と、出力軸とを備え、
前記入力軸に入力ギアが、前記出力軸に複数の出力ギアが設けられ、
前記中間軸に、いずれかの出力ギアに噛み合って変速段を形成する複数の変速用ギアが設けられ、
前記中間軸には、それぞれの駆動手段によって軸方向に駆動される少なくとも２つのスプラインと、各スプラインに嵌合されたスリーブが設けられ、
各スリーブには、外周に一方の嵌合案内歯が、そして各変速用ギアの内周には他方の嵌合案内歯が形成され、一方の嵌合案内歯が他方の嵌合案内歯に噛み合って複数の嵌合案内歯の形成が可能とされ、
いずれかの嵌合案内歯の形成に対応して、変速段の１つが形成され、
前記中間軸の回転数を制御する回転数制御手段が設けられ、
前記回転数制御手段によって、一の変速段から他の変速段に変速操作がなされるときに、前記中間軸の回転数を前記他の変速段を形成する変速用ギアの回転数に近づける制御がなされ、
前記スリーブが駆動手段に駆動され、これに伴って駆動方向にある変速用ギアとの間で嵌合案内歯の噛み合いが形成されること
を特徴とする変速機。
【請求項２】
入力軸と、２つの中間軸と、出力軸とを備え、
入力軸に入力ギアが、出力軸に複数の出力ギアが、そして各中間軸に入力ギアに噛み合う中間ギア、並びに２つの中間軸のそれぞれに、いずれかの出力ギアに噛み合って変速段を形成する変速用のギアが設けられ、
各中間軸には、それぞれの駆動手段によって軸方向に駆動される２つのスプラインと、各スプラインに嵌合されたスリーブが設けられ、
各スリーブには、外周に一方の嵌合案内歯が、そして各中間ギアの内周には他方の嵌合案内歯が形成され、一方の嵌合案内歯が他方の嵌合案内歯に噛み合って複数の嵌合案内歯の形成が可能とされ、
いずれかの嵌合案内歯の形成に対応して変速段の１つが形成され、
いずれかの中間軸の回転数、もしくは双方の中間軸の回転数を制御する回転数制御手段が設けられ、
回転数制御手段によって、一方の中間軸の回転数が他方の中間軸の回転数に近づける制御がなされたとき、いずれかのスリーブが駆動手段に駆動され、これに伴って駆動方向にある中間ギアとの間で嵌合案内歯の噛み合いが形成されること
を特徴とする変速機。
【請求項３】
前記回転数制御手段が、回転軸に取り出しギアを備えた電動機と、該取り出しギアに噛み合うリングギアを備え、一つの中間軸に固定された歯車を有し、他の中間軸に歯車列によって連結された差動装置と、によって構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の変速機。
【請求項４】
前記回転数制御手段が、各中間軸に設けられた回転数制御ギアと、前記回転数制御ギアに備えられる摩擦クラッチと、各中間軸に備えられたブレーキ装置と、によって構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の変速機。
【請求項５】
請求項１において、前記回転数制御手段が、中間軸に設けられた回転数制御ギアと、前記回転数制御ギアに備えられる補助クラッチとによって構成されることを特徴とする変速機。
【請求項６】
入力軸と、少なくとも１つの中間軸と、出力軸とを備え、
前記入力軸に入力ギアが、前記出力軸に複数の出力ギアが設けられ、
前記中間軸に、いずれかの出力ギアに噛み合って変速段を形成する複数の変速用ギアが設けられ、
前記中間軸には、それぞれの駆動手段によって軸方向に駆動される少なくとも２つのスプラインと、各スプラインに嵌合されたスリーブが設けられ、
各スリーブには、外周に一方の嵌合案内歯が、そして各変速用ギアの内周には他方の嵌合案内歯が形成され、一方の嵌合案内歯が他方の嵌合案内歯に噛み合って複数の嵌合案内歯の形成が可能とされ、
いずれかの嵌合案内歯の形成に対応して、変速段の１つが形成され、
前記中間軸の回転数を制御する回転数制御手段が設けられた変速機の制御方法であって、
前記回転数制御手段によって、一の変速段から他の変速段に変速操作がなされるときに、前記中間軸の回転数を前記他の変速段を形成する変速用ギアの回転数に近づけること
を特徴とする制御方法。
【請求項７】
入力軸と、２つの中間軸と、出力軸とを備え、
入力軸に入力ギアが、出力軸に複数の出力ギアが、そして各中間軸に入力ギアに噛み合う中間ギア、並びに２つの中間軸のそれぞれに、いずれかの出力ギアに噛み合って変速段を形成する変速用のギアが設けられ、
各中間軸には、それぞれの駆動手段によって軸方向に駆動される２つのスプラインと、各スプラインに嵌合されたスリーブが設けられ、
各スリーブには、外周に一方の嵌合案内歯が、そして各中間ギアの内周には他方の嵌合案内歯が形成され、一方の嵌合案内歯が他方の嵌合案内歯に噛み合って複数の嵌合案内歯の形成が可能とされ、
いずれかの嵌合案内歯の形成に対応して変速段の１つが形成され、
いずれかの中間軸の回転数、もしくは双方の中間軸の回転数を制御する回転数制御手段が設けられた変速機の制御手段であって、
回転数制御手段によって、一方の中間軸の回転数が他方の中間軸の回転数に近づける制御がなされ、いずれかのスリーブが駆動手段に駆動され、これに伴って駆動方向にある中間ギアとの間で嵌合案内歯の噛み合いが形成されること
を特徴とする制御手段。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は変速機の構成および制御方法に係り、特にスプライン結合クラッチを用いた変速機の構成および制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から周知の変速機用噛合いクラッチは、ドッグクラッチ、爪クラッチとも呼ばれ、一度結合したら結合状態を維持するのに油圧のような動力を必要としないので、入力トルクを損失無く出力側に伝達することが出来る。このような理由からマニュアル変速機（以下ＭＴと略す）に用いられ、さらには自動ＭＴあるいはロボタイズドＭＴと呼ばれる自動化マニュアル変速機に適用されている。（特許文献１参照）。
【０００３】
マニュアル変速機は摩擦クラッチによりエンジンからの動力を切断している間に、変速ギア段を切り替えるもので、前段ギアの噛合いクラッチを開放して、次段ギアの噛合いクラッチを結合させるのであるが、同期化装置の無い変速機では、次段ギアの噛合いクラッチは、偶然でない限り両側の爪の回転速度と位相が等しい状態すなわち同期状態にないので、いわゆるギア鳴り音を発しながら摩擦接触し、この摩擦で相対回転速度が等しくなって同期したところで結合する。
【０００４】
乗用車のマニュアル変速機では、昔はダブルクラッチと呼ばれる操作を行って次段ギアの噛合いクラッチを同期させ、ギア鳴り音を出さないように結合していた。現在はこのような高度な運転技術を要しなくても変速できるように、シンクロメッシュ機構を備えてシンクロナイザーと呼ばれる摩擦リングで素早く同期化させる方法が一般化されている。（非特許文献１参照）。
【０００５】
気動車や大型特殊作業車両などの大きな変速機では、伝達トルクが乗用車よりはるかに大きいので、大容量のシンクロナイザーリングは高価であるだけでなく、磨耗や焼き付きを起こしやすいのでメンテナンスの手間が掛かることもあり、図１に示すような単純な噛合いクラッチ、特に伝達容量の大きいスプラインクラッチが用いられている。これは軸１００に設けられたスプライン１０１に嵌合し、軸方向に移動可能なスライダ１０２を設け、該スライダ１０２には外周にスプライン１０３を形成してある。一方、前記軸１００には変速ギア１０４および１０６を回転自在に設け、各ギア１０４，１０６には、前記スライダの外周スプライン１０３と噛み合う内周スプライン１０５および１０７を設けてある。例えばスライダ１０２を左方向に移動させて外周スプライン１０３をギア１０４の内周スプライン１０５と噛み合わせれば、軸１００からのトルクをギア１０４に伝達することができる。
【０００６】
この方式はスプラインの噛み合い長さを、ドッグクラッチよりも大きく設計することができるので、大容量の大型産業車両等に適している。
【０００７】
しかし従来のスプラインクラッチはギアの雌スプライン１０５とスライダの雄スプライン１０３の回転速度はもとより、位相までぴったり合っていないと嵌合できないので、同期が取れるまでに時間を要して素早い変速が困難であった。
【０００８】
車両の加速中に次々と変速するには０．５秒程度で同期させることが要求されるのに対し、慣性モーメントの大きなギアを持つ大型の変速機で、このような高速応答制御を行うのは非常に困難である。現状は±３０(ｍｉｎ−１)程度の精度で回転数制御しながら噛み合い爪を押し付けて結合させているが、時々締結時間が大幅に伸びることがあった。
【０００９】
噛み合い時間を短縮する方法として、先に本出願人より嵌合案内歯付きスプラインクラッチを提案した。（特許文献２参照）。
【００１０】
すなわち図２に示すように、スライダ１０２の外周に設けたスプライン１０３の側端面に、嵌合案内歯１０８を設け、同時にギア側の内周スプライン１０５の側端面にも同様の嵌合案内歯１０９を設けたものである。
【００１１】
嵌合案内歯の一例を図３に示す。図３(ａ)が外周に溝を切った雄スプライン、図３(ｂ)が内周に溝を切った雌スプラインである。この例では２個置きの歯を他の歯より軸方向に２（ｍｍ）程度飛び出させて案内歯１０８および１０９としている。
【００１２】
嵌合案内歯の動作を説明したのが図４で、この例では１個置きの歯を飛び出させて案内歯としている。図４（ａ）は案内歯同士が接触した場合の様子を模式的に表したもので、一番運の悪い場合の接触形態である。しかし雌雄両スプラインは相対回転しているので、すぐに図４（ｂ）のように両方の案内歯はずれて溝に落ちることができ、図４（ｃ）のように次の案内歯とぶつかるところまで移動する。そうすると相対回転数は０になって同期するから、図４（ｄ）のようにスプライン全体が嵌合できる。
【００１３】
締結の容易さを表したのが図５である。図５（ａ）は従来のスプラインクラッチで、スプラインのギャップｇは例えば２００（μｍ）である。スプラインの直径をφ１００（ｍｍ）とすると、２００（μｍ）の隙間は角度に直すと０．１３度である。図５（ｂ）は案内歯付きスプラインクラッチの場合の一例で、案内歯部分のギャップの角度θは約３．５度であるから、図５（ａ）に比べると約２７倍も噛み込み易いことが分かる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平２−３９６６１号公報
【特許文献２】特願２００７−２７８８３１号公報
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】同期機構：自動車技術ハンドブック第２分冊  Ｐ．２１０：（社）自動車技術会、１９９１年３月１日発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかし噛み込み易いからと言ってむやみに締結すると、次のような問題が生じる。従来は前記したように±３０（ｍｉｎ−１）程度の相対回転数で締結させているが、これを２７倍の±８１０（ｍｉｎ−１）程度の相対回転数で締結させても同じ確率で締結できるが、しかしギアの持つ慣性モーメントに起因する衝撃トルクが非常に大きくなり、この衝撃トルクを受ける嵌合案内歯の部分は歯数が少なくかつ歯厚が薄いため、耐久性が著しく損なわれることになる。また嵌合案内歯が接触するときの衝撃音が発生することにもなる。
【００１７】
また、負荷をつないだまま締結するような場合には、嵌合案内歯同士が噛み合った途端に負荷トルクが掛かるので、前記衝撃トルクと合わせてさらに大きなトルクが嵌合案内歯に掛かることになり、益々耐久性と音の問題が深刻になる。
【００１８】
このためマニュアル変速機におけるシンクロメッシュ機構の代わりに、この案内歯付きスプラインクラッチを用いることは、一般人を対象に考えることはできない。マニュアル変速機に搭載するときは、必ずダブルクラッチ操作による回転数合わせを行い、かつシフトレバーを入れる時は必ずクラッチを踏み込むような運転をしなければならないので、プロのドライバが運転するレースカーならば実現可能である。
【００１９】
そこで本発明においては、スプラインの側面に同期化を促進するための嵌合案内歯を設けることにより、大まかな同期制御で素早く締結するとともに、耐久性があり騒音の点でも問題ない変速機を提供することを目的とする。
【００２０】
すなわち、本発明の目的は、短時間で確実に締結することができ、安価な構成で信頼性が高く、トルク容量の割に小型である自動変速機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するため、本発明は、
入力軸と、少なくとも１つの中間軸と、出力軸とを備え、
前記入力軸に入力ギアが、前記出力軸に複数の出力ギアが設けられ、
前記中間軸に、いずれかの出力ギアに噛み合って変速段を形成する複数の変速用ギアが設けられ、
前記中間軸には、それぞれの駆動手段によって軸方向に駆動される少なくとも２つのスプラインと、各スプラインに嵌合されたスリーブが設けられ、
各スリーブには、外周に一方の嵌合案内歯が、そして各変速用ギアの内周には他方の嵌合案内歯が形成され、一方の嵌合案内歯が他方の嵌合案内歯に噛み合って複数の嵌合案内歯の形成が可能とされ、
いずれかの嵌合案内歯の形成に対応して、変速段の１つが形成され、
前記中間軸の回転数を制御する回転数制御手段が設けられ、
前記回転数制御手段によって、一の変速段から他の変速段に変速操作がなされるときに、前記中間軸の回転数を前記他の変速段を形成する変速用ギアの回転数に近づける制御がなされ、
前記スリーブが駆動手段に駆動され、これに伴って駆動方向にある変速用ギアとの間で嵌合案内歯の噛み合いが形成されること
を特徴とする変速機を提供する。
【００２２】
上記目的を達成するため、本発明は、
入力軸と、２つの中間軸と、出力軸とを備え、
入力軸に入力ギアが、出力軸に複数の出力ギアが、そして各中間軸に入力ギアに噛み合う中間ギア、並びに２つの中間軸のそれぞれに、いずれかの出力ギアに噛み合って変速段を形成する変速用のギアが設けられ、
各中間軸には、それぞれの駆動手段によって軸方向に駆動される２つのスプラインと、各スプラインに嵌合されたスリーブが設けられ、
各スリーブには、外周に一方の嵌合案内歯が、そして各中間ギアの内周には他方の嵌合案内歯が形成され、一方の嵌合案内歯が他方の嵌合案内歯に噛み合って複数の嵌合案内歯の形成が可能とされ、
いずれかの嵌合案内歯の形成に対応して変速段の１つが形成され、
いずれかの中間軸の回転数、もしくは双方の中間軸の回転数を制御する回転数制御手段が設けられ、
回転数制御手段によって、一方の中間軸の回転数が他方の中間軸の回転数に近づける制御がなされたとき、いずれかのスリーブが駆動手段に駆動され、これに伴って駆動方向にある中間ギアとの間で嵌合案内歯の噛み合いが形成されること
を特徴とする変速機を提供する。
【００２３】
また、本発明は、前記回転数制御手段が、回転軸に取り出しギアを備えた電動機と、該取り出しギアに噛み合うリングギアを備え、一つの中間軸に固定された歯車を有し、他の中間軸に歯車列によって連結された差動装置と、によって構成されることを特徴とする変速機を提供する。
【００２４】
また、本発明は、前記回転数制御手段が、各中間軸に設けられた回転数制御ギアと、前記回転数制御ギアに備えられる摩擦クラッチと、各中間軸に備えられたブレーキ装置と、によって構成されることを特徴とする変速機を提供する。
【００２５】
また、本発明は、前記回転数制御手段が、中間軸に設けられた回転数制御ギアと、前記回転数制御ギアに備えられる補助クラッチとによって構成されることを特徴とする変速機を提供する。
【００２６】
上記目的を達成するため、本発明は、
入力軸と、少なくとも１つの中間軸と、出力軸とを備え、
前記入力軸に入力ギアが、前記出力軸に複数の出力ギアが設けられ、
前記中間軸に、いずれかの出力ギアに噛み合って変速段を形成する複数の変速用ギアが設けられ、
前記中間軸には、それぞれの駆動手段によって軸方向に駆動される少なくとも２つのスプラインと、各スプラインに嵌合されたスリーブが設けられ、
各スリーブには、外周に一方の嵌合案内歯が、そして各変速用ギアの内周には他方の嵌合案内歯が形成され、一方の嵌合案内歯が他方の嵌合案内歯に噛み合って複数の嵌合案内歯の形成が可能とされ、
いずれかの嵌合案内歯の形成に対応して、変速段の１つが形成され、
前記中間軸の回転数を制御する回転数制御手段が設けられた変速機の制御方法であって、
前記回転数制御手段によって、一の変速段から他の変速段に変速操作がなされるときに、前記中間軸の回転数を前記他の変速段を形成する変速用ギアの回転数に近づけること
を特徴とする制御方法を提供する。
【００２７】
上記目的を達成するため、本発明は、
入力軸と、２つの中間軸と、出力軸とを備え、
入力軸に入力ギアが、出力軸に複数の出力ギアが、そして各中間軸に入力ギアに噛み合う中間ギア、並びに２つの中間軸のそれぞれに、いずれかの出力ギアに噛み合って変速段を形成する変速用のギアが設けられ、
各中間軸には、それぞれの駆動手段によって軸方向に駆動される２つのスプラインと、各スプラインに嵌合されたスリーブが設けられ、
各スリーブには、外周に一方の嵌合案内歯が、そして各中間ギアの内周には他方の嵌合案内歯が形成され、一方の嵌合案内歯が他方の嵌合案内歯に噛み合って複数の嵌合案内歯の形成が可能とされ、
いずれかの嵌合案内歯の形成に対応して変速段の１つが形成され、
いずれかの中間軸の回転数、もしくは双方の中間軸の回転数を制御する回転数制御手段が設けられた変速機の制御手段であって、
回転数制御手段によって、一方の中間軸の回転数が他方の中間軸の回転数に近づける制御がなされ、いずれかのスリーブが駆動手段に駆動され、これに伴って駆動方向にある中間ギアとの間で嵌合案内歯の噛み合いが形成されること
を特徴とする制御手段を提供する。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の方法によれば、シンクロナイザーリング等の摩擦式同期化装置を用いる必要が無いためメンテナンスの手間が要らず、耐久性の高い噛み合いクラッチを用いて、高速に応答する変速機を構成することができるので、産業上極めて有益である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】従来例におけるスプラインクラッチの構成を示す説明図である。
【図２】従来例における嵌合案内歯付スプラインクラッチの全体構造を示す説明図である。
【図３】嵌合案内歯付スプラインクラッチの案内歯の構造を示す説明図である。
【図４】嵌合案内歯付スプラインクラッチの案内歯の動作を示す説明図である。
【図５】スプラインクラッチと嵌合案内歯付スプラインクラッチの同期化動作の違いを示す説明図である。
【図６】本発明の第１実施例を示す変速機の構成を示すスケルトン、および制御系を示すシステム構成図である。
【図７】本発明の第１実施例における変速過程の例を示すトルク伝達経路説明図である。
【図８】本発明の第１実施例における変速過程の例を示すトルク伝達経路説明図である。
【図９】本発明の第１実施例における変速過程の例を示すトルク伝達経路説明図である。
【図１０】本発明の第２実施例を示す変速機の構成を示すスケルトン図である。
【図１１】本発明の第２実施例における変速過程の例を示すトルク伝達経路説明図である。
【図１２】本発明の第２実施例における変速過程の例を示すトルク伝達経路説明図である。
【図１３】本発明の第３実施例を示す変速機の構成を示すスケルトン図である。
【図１４】本発明の第３実施例における変速過程の例を示すトルク伝達経路説明図である。
【図１５】本発明の第３実施例における変速過程の例を示すトルク伝達経路説明図である。
【図１６】本発明の第３実施例における変速過程の例を示すトルク伝達経路説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、添付図面を参照して、この発明による嵌合案内歯付き噛み合いクラッチを用いた変速機の実施例を説明する。
【実施例１】
【００３１】
本発明の第１の実施例を図６〜９により説明する。図６はモータのトルクによりエンジントルクをギアからギアに遷移させる、アクティブ変速機のシステム構成図である。
【００３２】
エンジン１の出力は、変速機２の入力軸３に入力される。入力軸３には、入力ギアである前進用ギア列３３と後進用ギア列３４が並列に配置されており、入力軸３が回転駆動されている状態では、両ギア列３３、３４は常に駆動されている。前進用ギア列３３は、入力軸３に固着された入力ギア３５、該入力ギア３５と噛み合う第１ギア３６及び第２ギア３７を備えている。後進用ギア列３４は、入力軸３に固定嵌合された入力ギア３８、該入力ギア３８にそれぞれ噛み合う同じ仕様の反転ギア３９、４０、該反転ギア３９、４０にそれぞれ噛み合う第３ギア４１及び第４ギア４２を備えている。
【００３３】
このシステムは両方向に同じように走行する鉄道車両用の変速機に適している。
【００３４】
入力軸３に並行に、第１中間軸４３と第２中間軸４４とが配置されている。第１ギア３６と第３ギア４１は、第１中間軸４３に相対回転可能に設置しており、第２ギア３７と第４ギア４２は、第２中間軸４４に相対回転可能に設置している。第１中間軸４３と第２中間軸４４には、前進用ギア列３３と後進用ギア列３４との間において、それぞれ、選択的に係合可能な第１クラッチ４５と第２クラッチ４６とが配設されている。これらの第１クラッチ４５及び第２クラッチ４６は、それぞれの軸に設けられたスプライン上をシフトするスリーブの外周に設けた雄スプラインが、前記第１〜第４ギアに設けられた雌スプラインに噛み合うことで係合／開放するものである。したがって、クラッチ動作を正確に記述するなら「第１クラッチ４５のスリーブをシフトする」とすべきであるが、以下においては簡単に「第１クラッチ４５をシフトする」と述べることにする。
【００３５】
第１中間軸４３には第１クラッチ４５の選択的なシフトによって係合した側のギア（３６又は４１）から前進回転又は後進回転が与えられ、第２中間軸４４には第２クラッチ４６の選択的なシフトによって係合した側のギア（３７又は４２）から前進回転又は後進回転が与えられる。これらのクラッチスリーブは、駆動手段であるクラッチアクチュエータ（Ａｃｔ１〜Ａｃｔ２）とリンク機構で結ばれ、係合する方向に推力を与えられる。
【００３６】
第１中間軸４３と第２中間軸４４と並行に、出力軸４７が配置されている。第１中間軸４３と出力軸４７との間には第１変速ギア段４８と第３変速ギア段５０が配置されており、第２中間軸４４と出力軸４７との間には第２変速ギア段４９と第４変速ギア段５１が配置されている。各変速ギア段４８〜５１においては、予め定められた変速比で出力軸４７に回転出力を生じさせるために、相異なるギア径（歯数）が定められている。また、各変速ギア段４８〜５１において、中間軸４３、４４上に配置されているギアは中間軸４３、４４に対して相対回転自在であるが、出力軸４７に配置されているギアは出力軸４７に固定嵌合されている。
【００３７】
第１中間軸４３において、第１変速ギア段４８と第３変速ギア段５０との間には選択的に係合可能な第３クラッチ５２が配設されている。また、第２中間軸４４において、第２変速ギア段４９と第４変速ギア段５１との間には選択的に係合可能な第４クラッチ５３が配設されている。これらの第３クラッチ５２及び第４クラッチ５３は、それぞれの軸に設けられたスプライン上をシフトするスリーブの外周に設けた雄スプラインが、前記第１〜第４変速ギアに設けられた雌スプラインに噛み合うことで係合／開放する。これらのクラッチスリーブは、駆動手段であるクラッチアクチュエータ（Ａｃｔ３〜Ａｃｔ４）とリンク機構で結ばれ、係合する方向に推力を与えられる。
【００３８】
上記の変速ギア段の構成によって、第１クラッチ４５を前進用ギア列３３側にシフトした状態で、第３クラッチ５２を第１変速ギア段４８側にシフトしたときには、入力軸３の回転は第１中間軸４３及び第１変速ギア段４８を介して出力軸４７に前進第１変速段で出力され、第３クラッチ５２を第３変速ギア段５０側にシフトしたときには、入力軸３の回転は第１中間軸４３及び第３変速ギア段５０を介して出力軸４７に前進第３変速段で出力される。このとき、第２クラッチ４６は中立位置に置かれる。また、第２クラッチ４６を前進用ギア列３７側にシフトした状態で、第４クラッチ５３を第２変速ギア段４９側にシフトしたときには、入力軸３の回転は第２中間軸４４及び第２変速ギア段４９を介して出力軸４７に前進第２変速段で出力され、第４クラッチ５３を第４変速ギア段５１側にシフトしたときには、入力軸３の回転は第２中間軸４４及び第４変速ギア段５１を介して出力軸４７に前進第４変速段で出力される。このとき、第１クラッチ４５は中立位置に置かれる。
【００３９】
第１クラッチ４５又は第２クラッチ４６を後進側に係合した場合は、それぞれ後進方向に各変速段で出力される。
【００４０】
第２中間軸４４の端部には差動装置５４が配設されており、差動装置５４のリングギア５５は、電動機である発電電動機５８に備えられた回転軸である取り出し軸５７に設けられた取り出しギア５６と噛み合っている。第１中間軸４３と差動装置５４のとの間には歯車列である接続ギア列５９が配設され、差動装置５４のリングギア５５の回転数が、第１中間軸４３の回転数と第２中間軸４４の回転数の差の２分の１となるように接続されている。
【００４１】
このような構造の変速機に対して、変速制御装置６０が設けられており、クラッチアクチュエータ（Ａｃｔ１〜Ａｃｔ４）の動作指令を発生すると共に、発電電動機５８およびエンジン１に対してそれぞれトルク指令を発生する。
【００４２】
このように、取り出しギア５６が設けられた回転軸である取り出し軸５７を備えた電動機と、リングギア５５と、歯車列である接続ギア列５９と、差動装置５４とから回転数制御装置が構成される。
【００４３】
図６の変速システムにおける変速動作を、一の変速段である１速走行から他の変速段である２速にアップシフトする場合を例に説明する。１速走行中は図７に示すように、第１クラッチ４５を前進用ギア列３３の第１ギア３６側にシフトし、第３クラッチ５２を第１変速ギア段４８側にシフトした状態である。２速にアップシフトするには、変速準備として１速走行中に２速ギアを締結する必要があるが、詳細については後述する。第２クラッチ４６が開放されているので、第４クラッチ５３を第２変速ギア段４９側にシフトしても問題はない。
【００４４】
２速ギアが締結されたら、次に図８に示すように、発電電動機５８にトルクを発生させると、差動装置５４から接続ギア列５９を経由して第１中間軸４３に発電電動機５８のトルクを伝達するとともに、差動装置５４の他端から第２中間軸４４にも発電電動機５８のトルクを伝達する。このとき第１中間軸４３に伝達するトルクの向きを、エンジン１が第１中間軸４３を駆動するトルクの向きと逆になるようにすれば、図７においてエンジンから伝わっていた第１変速ギア段４８の駆動トルクが減少し、一方第２中間軸４４に伝わるトルクは第２変速ギア段４９を介して出力軸４７に駆動力を与える。この動作はあたかもエンジン１から第１中間軸４３に伝わっていたトルクが、接続ギア列５９および差動装置５４を経由して第２中間軸４４に伝達されるかのように見える。すなわち発電電動機５８と差動装置５４により、中間軸４３と４４の間でトルクを遷移させることができる。エンジン出力の全てが第２中間軸４４に遷移すると、第１変速ギア段４８のトルクが無くなり、第３クラッチ５２を開放することができる。
【００４５】
第３クラッチ５２が開放されたら第１中間軸４３の回転数は１速ギアに拘束されなくなるので、発電電動機５８の回転数を変えることができる。発電電動機５８に全エンジントルクを受け持たせたまま、回転数を０まで下げると、第１中間軸４３の回転数と第２中間軸４４の回転数が等しくなるので、図９に示すように第２クラッチ４６が同期状態になり、第２クラッチ４６を締結できる。この間の状態はイナーシャフェーズと呼ばれる。発電電動機５８のトルクを抜くとエンジントルクは全て第２クラッチ４６→第２中間軸４４→第４クラッチ５３→２速ギアから出力軸４７へと伝達され、２速へのアップシフトが完了する。
【００４６】
このような変速過程において、１速走行中に２速ギアを締結する変速準備段階、およびイナーシャフェーズの２回、クラッチを同期結合させる必要がある。
【００４７】
変速準備段階（プリフェーズ）では、図７に示すように第４クラッチ５３を第２変速ギア段４９側にシフトするが、このときの車速が４０（ｋｍ／ｈ）の場合、或る変速機の例では２速ギアの回転数は９６０（ｍｉｎ−１）である。一方、第４クラッチ５３のスリーブの回転数は第２中間軸４４の回転数であるが、前記したように第１中間軸４３の回転数から差動装置５４のリングギア回転数の２倍を引いたものである。したがって発電電動機５８が止まっているとすれば、第１中間軸４３の回転数［この例では１３８２（ｍｉｎ−１）］で逆方向に回っている。そこで発電電動機５８を回して第２中間軸４４の回転数が９６０（ｍｉｎ−１）になるようにすれば、第４クラッチ５３のスプラインは同期状態になる。すなわちこの変速機の例では発電電動機５８の回転数を４８３（ｍｉｎ−１）にすればスプラインは同期状態になる。
【００４８】
イナーシャフェーズにおいては、第１中間軸４３の回転数は当初１３８２（ｍｉｎ−１）であるが、発電電動機５８の回転数を0に下げると、第１中間軸４３の回転数は９６０（ｍｉｎ−１）になり同期状態になる
このような変速中のクラッチ締結制御は、従来は発電電動機５８の回転を同期点を中心に±３０（ｍｉｎ−１）以下に細かく制御して同期結合させていたため、同期状態になるまで時間が掛かっていたが、本発明になる嵌合案内歯付きスプラインクラッチを用いれば、発電電動機５８の回転を大まかに制御するだけで、後はスプラインの側面に設けられた嵌合案内歯が強制的に同期化してくれるので、きわめて短時間で結合させることができる。ただし、発電電動機５８の回転制御を２７倍も大まかに制御すると、嵌合案内歯が強制的に同期化したときの衝撃トルクが大きいので、例えば回転制御を±１００（ｍｉｎ−１）程度にすると、衝撃トルクが小さく、耐久的にも騒音の点でも問題ない範囲に収めることができる。
【００４９】
このため変速時間を大幅に短縮でき、変速フィーリングの向上だけでなく、きびきびした動作でそれだけ回生制動時間を長くすることが可能になり、燃費も向上するという効果がある。
【実施例２】
【００５０】
本発明の第２の実施例を図１０〜１２により説明する。図１０はツインクラッチ方式自動 ＭＴと呼ばれる変速機の構成を模式的に示したスケルトン図である。
【００５１】
エンジン１の出力は変速機２の入力軸３に入力される。入力軸３に固着された入力ギア３５、該入力ギア３５と噛み合う、回転数制御ギアである第１ギア３６、及び回転数制御ギアである第２ギア３７を備えており、第１ギア３６には第１入力摩擦クラッチ６１が、第２ギア３７には第２入力摩擦クラッチ６２が備えられている。前記第１入力摩擦クラッチ６１は奇数段変速ギア列を備える第１中間軸４３に、前記第２入力摩擦クラッチ６２は偶数段変速ギア列を備える第２中間軸４４に接続されている。前記第１中間軸４３には１速ギア６３、３速ギア６７、５速ギア７１が回転自在に設置されている。前記第２中間軸４４には２速ギア６５、４速ギア６９、６速ギア７４が回転自在に設置されている。
【００５２】
前記各段の変速ギアはそれぞれに対応する変速出力ギア７７〜８２に噛み合っており、該変速出力ギア７７〜８２は出力軸４７に固定嵌合されている。
【００５３】
前記第１中間軸４３には前記１速ギア６３と前記３速ギア６７を切り替えるためにスプラインクラッチが設置されており、クラッチスリーブ５２が軸方向に移動可能に設置されている。前記１速ギア６３には前記クラッチスリーブ５２と噛み合うことができる雌スプラインとして１速ギアスプライン６４が設けられている。同様に前記３速ギア６７には前記クラッチスリーブ５２と噛み合うことができる雌スプラインとして３速ギアスプライン６８が設けられている。
【００５４】
さらに前記第１中間軸４３には同様に軸方向に移動可能なクラッチスリーブ７３が設けられており、前記５速ギア７１には前記クラッチスリーブ７３と噛み合うことができる雌スプラインとして５速ギアスプライン７２が設けられている。
【００５５】
図示しない駆動手段であるシフトフォークにより、前記クラッチスリーブ５２および７３は左右軸方向に移動して、前記１速ギアスプライン６４または前記３速ギアスプライン６８あるいは５速ギアスプライン７２と噛み合うことで、ギア段を切り替えることができる。
【００５６】
前記第２中間軸４４にも全く同様に前記２速ギア６５と前記４速ギア６９を切り替えるためにクラッチスリーブ５３が設置されており、さらに前記６速ギア７４に対応するクラッチスリーブ７６が設けられている。
【００５７】
また前記第１中間軸４３および前記第２中間軸４４には、変速機ケースとの間にそれぞれブレーキ装置８３およびブレーキ装置８４が設けられている。
【００５８】
このように、回転数制御ギアである第１ギア３６と、第１ギア３６に備えられた第１入力摩擦クラッチ６１と、回転数制御ギアである第２ギア３７と、第２ギア３７に備えられた第２入力摩擦クラッチ６２と、ブレーキ装置８３およびブレーキ装置８４とから回転数制御手段が構成される。
【００５９】
図１０の変速システムにおける変速動作を、一の変速段である１速走行から他の変速段である２速にアップシフトする場合を例に説明する。１速走行中は図１１に示すように、第１入力摩擦クラッチ６１を締結し、クラッチスリーブ５２を１速ギア６３側にシフトした状態である。２速にアップシフトするには、変速準備として１速走行中にクラッチスリーブ５３を２速ギア６５に締結する。第２入力摩擦クラッチ６２は開放されているので、クラッチ５３を第２変速ギア６５側にシフトしても問題はない。
【００６０】
次に図１２に示すように、第２入力摩擦クラッチ６２を締結しながら第１入力摩擦クラッチ６１を緩めると、エンジン１から第１中間軸４３に伝わっていたトルクが、第２中間軸４４に移り、全エンジントルクは２速ギア６５を通るので、１速ギア６３のトルクがゼロになってクラッチスリーブ５２を抜くことができ、２速へのアップシフトが完了する。
【００６１】
このような変速過程において、１速走行中に２速ギアを締結する変速準備段階にクラッチを同期結合させる必要がある。
【００６２】
変速準備段階（プリフェーズ）では、図１１に示すようにクラッチスリーブ５３を第２変速ギア６５側にシフトするが、このときの車速が４０（ｋｍ／ｈ）の場合、或る変速機の例では２速ギアの回転数は９６０（ｍｉｎ−１）である。一方、クラッチスリーブ５３の回転数は第２中間軸４４の回転数であるが、これは第２入力摩擦クラッチ６２とブレーキ装置８４のクラッチ板の引きずり摩擦のバランスによって決まるので、油の粘性等によってまちまちである。
【００６３】
そこで第２入力摩擦クラッチ６２とブレーキ装置８４の油圧を調整して、第２中間軸４４の回転数が９６０（ｍｉｎ−１）になるようにすれば、クラッチスリーブ５３は同期状態になる。
【００６４】
クラッチ油圧による回転数制御には誤差が大きいが、嵌合案内歯付きスプラインクラッチを用いれば９６０（ｍｉｎ−１）からかなり外れていても、短時間で確実に嵌合することができる。
【００６５】
このとき、第２中間軸４４の回転制御があまり大まかであると、嵌合案内歯が強制的に同期化したときの衝撃トルクが大きいので、例えば回転制御を±１００（ｍｉｎ−１）程度にすると、衝撃トルクが小さく、かつ耐久的にも騒音の点でも問題ない範囲に収めることができる。
【００６６】
このため変速時間を大幅に短縮でき、変速フィーリングが向上するという効果がある。
【実施例３】
【００６７】
本発明の第３の実施例を図１３〜１６により説明する。図１３はアシストクラッチ方式自動ＭＴと呼ばれる変速機の構成を模式的に示したスケルトン図である。他の実施例と同じ機能を持つ部材には同じ符号を付してある。
【００６８】
エンジン１の出力は入力摩擦クラッチ６１を介して中間軸４３に伝達される。中間軸４３には１速ギア６３、２速ギア６５、３速ギア６７、４速ギア６９、回転数制御ギアである５速ギア７１が回転自在に設置されている。
【００６９】
前記各段の変速ギアはそれぞれに対応する変速出力ギア７７〜８１に噛み合っており、該変速出力ギア７７〜８１は出力軸４７に固定嵌合されている。
【００７０】
前記中間軸４３には前記１速ギア６３と前記２速ギア６５を切り替えるためにスプラインクラッチが設置されており、スリーブ５２が軸方向に移動可能に設置されている。前記１速ギア６３には前記スリーブ５２と噛み合うことができる雌スプラインが設けられている。同様に前記２速ギアにも前記スリーブ５２と噛み合うことができる雌スプラインが設けられている。
【００７１】
さらに前記中間軸４３には同様に軸方向に移動可能なスリーブ５３が設けられており、前記３速ギア６７と前記４速ギア６９を切り替えることができる。
【００７２】
図示しない駆動手段であるシフトフォークにより、前記スリーブ５２および５３は左右軸方向に移動して、前記１速ギア６３または前記２速ギア６５、あるいは前記３速ギア６７または前記４速ギア６９と結合することで、変速段を切り替えることができる。
【００７３】
前記５速ギア７１にはスプラインクラッチではなく、補助クラッチであるアシストクラッチ８５が設けられており、前記中間軸４３と結合することができる。
【００７４】
このように、回転数制御ギアである５速ギア７１と、５速ギア７１に設けられた補助クラッチであるアシストクラッチとから回転数制御手段が構成される。
【００７５】
図１３の変速システムにおける変速動作を、一の変速段である１速走行から他の変速段である２速にアップシフトする場合を例に説明する。１速走行中は図１４に示すように、入力摩擦クラッチ６１を締結し、クラッチスリーブ５２を１速ギア６３側にシフトした状態である。
【００７６】
２速にアップシフトするために、５速ギアのアシストクラッチ８５の油圧を高めると、５速ギア７１を伝わるトルクが次第に増えると共に、１速ギア６３に伝わっていたトルクが減少する。全エンジントルクが５速ギア７１に移ると、１速ギア６３のトルクがゼロになってクラッチスリーブ５２を抜くことができ、図１５に示すように、５速ギアのアシストクラッチ８５は滑りながらエンジントルクを伝えて走行している。
【００７７】
このような変速過程において、１速走行中における前記中間軸４３の回転数は、車速が４０（ｋｍ／ｈ）の場合、或る変速機の例では１３８２（ｍｉｎ−１）である。このときの前記２速ギア６５の回転数は９６０（ｍｉｎ−１）である。したがって前記クラッチスリーブ５２を前記１速ギア６３から抜いたあと、前記２速ギアを締結するためには、前記中間軸４３の回転数を１３８２（ｍｉｎ−１）から９６０（ｍｉｎ−１）まで下げて、前記クラッチスリーブ５２を同期結合させる必要がある。
【００７８】
前記５速のアシストクラッチ８５の油圧を調整して半クラッチ状態にすれば、前記中間軸４３の回転数が、４０（ｋｍ／ｈ）に於ける５速回転数３９５（ｍｉｎ−１）に向けて低下し、その途中で９６０（ｍｉｎ−１）を通過するときに、図１６に示すように前記クラッチスリーブ５２は前記２速ギア６５と同期状態になる。前記５速のクラッチ油圧による回転数制御をできるだけゆっくり行い同期状態を長時間維持するように制御するが、前記クラッチスリーブ５２が前記２速ギア６５に締結するチャンスは一度しかないので、場合によっては変速が失敗することもある。
【００７９】
しかし嵌合案内歯付きスプラインクラッチを用いれば、前記中間軸４３の回転数が９６０（ｍｉｎ−１）を通過するときに確実に嵌合することができる。
【００８０】
ただし、前記中間軸４３の回転数が前記２速ギア６５との同期状態からかけ離れているときに前記クラッチスリーブ５２を前記２速ギア６５側にシフトすると、嵌合案内歯が強制的に同期化したときの衝撃トルクが大きいので、例えば同期状態±１００（ｍｉｎ−１）程度で前記クラッチスリーブ５２をシフトすると、衝撃トルクが小さく、耐久的にも騒音の点でも問題ない範囲に収めることができる。
【００８１】
このため変速制御を確実にでき、かつ変速フィーリングが向上するという効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明は大型の産業車両や鉄道車両に適用する場合について説明したが、同様の噛み合いクラッチを用いる変速機であれば産業車両に限定されるものではなく、自動車の自動化マニュアルトランスミッションに適用する場合にも同様に実施することができる。
【符号の説明】
【００８３】
１…エンジン、２…変速機、３…入力軸、３３…前進用ギア列、３４…後進用ギア列、３５，３５’，３８…入力ギア、３６…第１ギア、３７…第２ギア、３９，４０…後進用反転ギア、４１…第３ギア、４２…第４ギア、４３…第１中間軸、４４…第２中間軸、４５…第１クラッチ、４６…第２クラッチ、４７…出力軸、４８…第１変速ギア段、４９…第２変速ギア段、５０…第３変速ギア段、５１…第４変速ギア段、５２…第３クラッチ、５３…第４クラッチ、５４…差動装置、５５…リングギア、５６…取り出しギア、５７…取り出し軸、５８…発電電動機、５９…接続ギア列、６０…変速制御装置、６１…第１入力摩擦クラッチ、６２…第２入力摩擦クラッチ、６３…１速ギア、６４…１速ギアスプライン、６５…２速ギア、６６…２速ギアスプライン、６７…３速ギア、６８…３速ギアスプライン、６９…４速ギア、７０…４速ギアスプライン、７１…５速ギア、７２…５速ギアスプライン、７３…クラッチスリーブ、７４…６速ギア、７５…６速ギアスプライン、７６…クラッチスリーブ、７７〜８２,９６…変速出力ギア、８３，８４…ブレーキ装置、８５…アシストクラッチ。
【図１】
2010255703.tif 000003
【図２】
2010255703.tif 000004
【図３】
2010255703.tif 000005
【図４】
2010255703.tif 000006
【図５】
2010255703.tif 000007
【図６】
2010255703.tif 000008
【図７】
2010255703.tif 000009
【図８】
2010255703.tif 000010
【図９】
2010255703.tif 000011
【図１０】
2010255703.tif 000012
【図１１】
2010255703.tif 000013
【図１２】
2010255703.tif 000014
【図１３】
2010255703.tif 000015
【図１４】
2010255703.tif 000016
【図１５】
2010255703.tif 000017
【図１６】
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